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Alles über thermisches Management : Ausgabe 17/2017, 19.10.2017

Versicherung für das Elektroniksystem

Elektronikdesigner wissen es ganz genau: Wenn thermische Aspekte bei einer Schaltungsentwicklung nicht wichtig genommen werden, kommt es ganz sicher zu teuren und zeitraubenden Problemen. Ein Handbuch schafft da wertvolle Abhilfe.

Autor: Henning Wriedt, USA-Korrespondent

Bilder: Maxim

Thermisches Management beginnt mit der Temperaturmessung, für die Maxim zahlreiche Temperaturerfassungs-ICs anbietet. Neben den vielen IC-Sensortypen gibt es noch mehrere Technologien, die Temperaturmessungen durch Elektroniksysteme zulassen, wobei die gebräuchlichen Systeme im Bericht abgehandelt werden.

Ein thermisches Management in Elektroniksystemen wird aus mindestens einem von drei Gründen durchgeführt, die alle besonders ausführlich in einer 90-seitigen Schrift beschrieben werden. Das «Thermal Management Handbook» von Maxim Integrated sollte für jeden Entwickler im (Elektronik-)Archiv vorhanden sein.

Erster Grund: Steuerung

Der erste Grund ist die Steuerung – Temperaturdaten sind ein wichtiger Parameter bei einer grossen Anzahl von Steuerungssystemen. Das Kontrollsystem kann ein einfacher Ein-/Aus-Thermostatcontroller sein, oder aber es handelt sich um eine komplexe Steuerung für ein Kühlsystem mit mehreren Lüftern.

Zweiter Grund: Kalibrierung

Der zweite Grund betrifft die Kalibrierung. In diesem Fall werden Temperaturdaten dazu benutzt, temperaturabhängige Fehler einer Systemkomponente zu korrigieren. Eine Kalibrierungsfunktion lässt sich zum Beispiel schon ganz einfach mit einem analogen Temperatursensor und einer Operationsverstärkerschaltung bewerkstelligen. Aber es kann wesentlich komplexer mit einer Lookup-Tabelle sein, die einem Datenerfassungssystem alle 5 °C einen 12-Bit-Korrekturfaktor liefert. Man denke auch an einen TCXO, der mit Temperatur die Betriebsparameter eines Kristalloszillators abgleicht, da sich die Resonanzfrequenz des Kristalloszillators mit der Temperatur verändert. Für die Signalaufbereitung für Sensoren, wie Druckumsetzer, verwendet man Temperaturdaten für die Korrektur der thermisch verursachten Drift in den Umsetzereigenschaften.

Dritter Grund: Schutz

Es passiert vielen Komponenten in Elektroniksystemen: sie sind extremen Temperaturen ausgesetzt – sei es durch Umgebungsbedingungen, durch Verlustleistungen benachbarter Systemkomponenten oder durch die Eigenerwärmung. Alles das kann zu Zerstörungen oder Fehlfunktionen führen. Komponenten des thermischen Managements lassen sich im System so verteilen, dass sie potenziell gefährliche thermische Bedingungen entdecken und in einigen Fällen sogar beseitigen können, bevor Schäden entstehen. Auch in diesen Fällen gibt es einfache aber auch sehr komplexe Lösungen.

Weites Themenspektrum

Die Schrift beginnt mit der Beschreibung der verschiedenen Temperaturerfassungstechnologien, wie zum Beispiel Thermistoren, NTCs, RTDs (Resistance Temperature Detectors), Thermokoppler, Analog-/Digital-Temperatursensor-ICs sowie entfernte digitale Temperatursensoren und deren Fehlerquellen.

Aber auch andere Komponenten des thermischen Managements werden im Inhalt berücksichtigt. Man denke nur an Temperaturschalter, Lüfterdrehzahlregler und deren Einfluss auf den akustischen Störpegel, Überwachung der Lüfterdrehzahl, Erstellen einer Lookup-Tabelle für Temperatur und Lüfterantrieb, «No-MCU»-Ventilatoransteuerung und Signalaufbereitung für Termistoren und RTDs.

Komponenten des Thermomanagements

In diesem Abschnitt des Handbuchs geht es um sehr wichtige Punkte des Thermomanagements. Neben der Wahl des richtigen Sensortyps geht es auch um Richtlinien für das Platinenlayout entfernter Sensoren, Designhilfen für thermische Dioden, mehrere Applikationsbeispiele, die RTD-Digitalumsetzung, Interfaces für Thermokopplerschaltungen, IR-gelinkte und per RS232 mit Strom versorgte Temperatursensoren. Allein die Beschreibung der verschiedenen Ansteuervarianten von Kühllüftern, von der Impulsbreitenmodulation bis zur 48 V, 4-Draht-Lüftergeschwindigkeitssteuerung umfasst fast 20 Seiten. Da bleiben keine Fragen offen.

Wenn das alles noch nicht ausreicht, dann stehen dem Leser noch einige Hinweise und Links auf weitere Literatur, wie Applikationsschriften, Tutorials und Referenzdesigns zur Verfügung. 

Handbuch: 17_17.01.pdf

 

Infoservice

Maxim Integrated
Landsberger Strasse 300, DE-80687 München
Tel. 0049 800 182 49 43
www.maximintegrated.com



Ein entfernter Temperatursensor überwacht die Temperatur eines Messtransistors auf dem Die eines externen ICs


Die Broschüre «Thermal Management Handbook» von Maxim sollte bei keinem Elektronikentwickler fehlen


Vergleichsverhalten eines lokalen Sensors mit einem Fernsensor, der die IC-Temperatur schneller und besser messen kann als der lokale Sensor